JP2006518951A - Sonar array system - Google Patents

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フロディーマ，フレドリック・ジェイ
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Abstract

共通の軸上に配置された、水中聴音器からなる受信アレイおよび音響投射器からなる送信アレイを有するソナーアレイ・システム。ソナーアレイ・システムは艦船に結合され、単一の巻上機から単一の艦船船体貫通部を通して展開、回収することができる。艦船によって水中を曳航されるとき、ソナーアレイ・システムは、実質的に水平な送受信アレイを形成する。A sonar array system having a receiving array of hydrophones and a transmitting array of acoustic projectors arranged on a common axis. The sonar array system is coupled to the ship and can be deployed and retrieved from a single hoist through a single ship hull penetration. When towed underwater by a ship, the sonar array system forms a substantially horizontal transmit / receive array.

Description

本発明は、一般にソナー装置に関し、特に水中で使用されるソナーアレイに関する。   The present invention relates generally to sonar devices, and more particularly to sonar arrays used in water.

たとえば軍艦のような艦船は、曳航式パッシブアレイとして構成された、音を受信する水中聴音器のアレイを曳航することができる。曳航式パッシブアレイは、音響受信および信号処理電子回路と連携して、たとえば敵の潜水艦の存在を示す可能性のある水中音を検出することができる。   For example, a ship such as a warship can tow an array of hydrophones that receive sound, configured as a towed passive array. A towed passive array, in conjunction with acoustic reception and signal processing electronics, can detect underwater sounds that may indicate, for example, the presence of an enemy submarine.

他の構成では、艦船は、音響受信用水中聴音器からなる曳航式パッシブアレイと、さらに曳航式音響投射器とを共に曳航することができ、それらは一体となってバイスタティック・アクティブソナー・システムを形成する。この構成では、曳航式音響投射器は、音響パルスを発射する。各音響パルスは水中を伝わっていき、水中の物体または目標物にぶつかり、エコーを発生する。エコーは、曳航式受信水中聴音器アレイによって受信される。したがって、エコーが水中の物体の存在を示し、エコーが来た方向が水中の物体の方向を示す。   In other configurations, a ship can tow a towed passive array of acoustic receiving hydrophones and a towed acoustic projector together, which are combined into a bistatic active sonar system. Form. In this configuration, the towed acoustic projector emits an acoustic pulse. Each acoustic pulse travels in the water, hits an object or target in the water, and generates an echo. The echo is received by the towed receiving hydrophone array. Therefore, the echo indicates the presence of an underwater object, and the direction from which the echo comes indicates the direction of the underwater object.

従来のバイスタティック・アクティブソナー・システムでは、曳航式音響投射器は、しばしば音響受信用水中聴音器の曳航式アレイとは別に曳航され展開されている。従来の通常の曳航式音響投射器としては、大きな剛性の曳航体内、たとえば合衆国海軍に用いられているＡＮ／ＳＱＳ−３５曳航体内に装着された音響源がある。従来の曳航式音響投射器は大きくて重い。たとえば、大きさは１．４立方メートル（４８立方フィート）程度で、重さは約１８００ｋｇ（４０００ｌｂ）程度になり得る。このタイプの曳航式音響投射器は、通常、深海で長距離の物体を見付けるのに使用される。したがって、曳航式音響投射器は、システムが深海で長距離位置の物体からのエコーを受信し、その結果その物体を発見することを可能にするために、たとえば１ｍの距離で１マイクロパスカルに対し２２０デシベル（本明細書ではｄＢ ｒｅ １μＰａ ａｔ １ｍとも書く）のような高い音圧レベルを有する音を発生することが可能である。このタイプのバイスタティック・アクティブソナーは、深度が浅い沿岸水域には、あまり適さない。   In conventional bistatic active sonar systems, towed acoustic projectors are often towed and deployed separately from towed arrays of acoustically receiving hydrophones. Conventional conventional towed acoustic projectors include acoustic sources mounted in large rigid towed bodies, such as the AN / SQS-35 towed body used in the United States Navy. Conventional towed acoustic projectors are large and heavy. For example, the size can be on the order of 1.4 cubic meters (48 cubic feet) and the weight can be on the order of about 1800 kg (4000 lb). This type of towed acoustic projector is typically used to find long distance objects in the deep sea. Thus, a towed acoustic projector would allow the system to receive echoes from an object at a long distance in the deep sea and consequently find that object, for example for a micropascal at a distance of 1 m. It is possible to generate a sound having a high sound pressure level such as 220 decibels (also written herein as dB re 1 μPa at 1 m). This type of bistatic active sonar is not well suited for shallow coastal waters.

受信用水中聴音器の曳航式アレイは、しばしば艦船の喫水線下の船体貫通部から展開され回収される。それに反して、一部にはその大きさと重量によるが、曳航式音響投射器は、巻上機および張出桁装備を用いて艦船の舷縁越えに展開および回収される。曳航式音響投射器が大きいと、艦船の舷縁越えに展開する必要があるが、密かに展開し、回収するには限界がある。艦船の舷縁越えの曳航式音響投射器の展開、回収はまた、波が高い中で展開、回収するのが難しく危険な場合もある。   Towed arrays of receiving hydrophones are often deployed and retrieved from the hull penetration under the ship's waterline. On the other hand, towed sound projectors are deployed and retrieved across the ship's ridges using hoisting machines and overhanging girder equipment, depending in part on their size and weight. Large towed acoustic projectors need to be deployed beyond the ridges of the ship, but there are limits to the secret deployment and recovery. The deployment and recovery of towed acoustic projectors over the ridges of ships may also be difficult and dangerous to deploy and collect in high waves.

従来の曳航式バイスタティック・アクティブアレイ・システムは、音響投射器が、受信用水中聴音器の曳航式アレイを操作する装置とは別の装置で操作されるように構成されている。曳航式音響投射器を展開、回収するには、大きな操作装置が必要である。大きな操作装置は、かなりの大きさのデッキ空間を艦船上に必要とする。大きな操作装置は、それが要するデッキ空間のためのみならず、敵のレーダシステムに対して、大きなレーダ断面積を有するレーダ目標をも与えるために望ましくない。   Conventional towed bistatic active array systems are configured such that the acoustic projector is operated on a device separate from the device that operates the towed array of the receiving hydrophone. A large operating device is required to deploy and collect a towed acoustic projector. Large operating devices require a significant amount of deck space on the ship. A large operating device is undesirable not only for the deck space it requires, but also for providing a radar target with a large radar cross-section to the enemy radar system.

したがって、その両方が、単一の操作装置セットを用いて展開、回収することができる受信用水中聴音器のアレイならびに曳航式音響投射器を有するシステムを提供することが望ましい。その両方が、単一の船体貫通部から展開、回収することができる受信用水中聴音器のアレイならびに曳航式音響投射器を有するソナーシステムを提供することがさらに望ましい。比較的深度が浅い沿岸水域で作動させるのに適したソナーシステムを提供することがさらに望ましい。   Therefore, it would be desirable to provide a system having an array of receiving hydrophones and a towed acoustic projector, both of which can be deployed and retrieved using a single set of operating devices. It is further desirable to provide a sonar system having an array of receiving hydrophones and a towed acoustic projector, both of which can be deployed and retrieved from a single hull penetration. It is further desirable to provide a sonar system suitable for operation in relatively shallow coastal waters.

本発明は、受信アレイおよび送信アレイが共に単一の曳航索に結合されたソナーアレイを提供する。送信アレイに用いられる音響投射器は、小寸法ながら高い音圧レベル（ＳＰＬ）を発生することができる。   The present invention provides a sonar array in which the receiving array and the transmitting array are both combined into a single towline. The acoustic projector used in the transmission array can generate a high sound pressure level (SPL) despite its small size.

本発明によれば、ソナーアレイは「巻き取り可能な」単一線状のアレイを形成する送信アレイおよび受信アレイを有する。送信アレイは、音を発生することができる１つまたは複数の音響投射器を有し、受信アレイは、音を受信することができる１つまたは複数の水中聴音器を有する。１つまたは複数の音響投射器が送信アレイ軸上に配置され、１つまたは複数の水中聴音器が受信アレイ上に配置されている。受信アレイ軸と送信アレイ軸は共通の軸を有し、したがって、１つは送信用、１つは受信用の両アレイが隣接して線上に形成される。特定な一実施形態では、音響投射器の少なくとも１つは、スロット式円筒形変換器を有することができる。一構成では、ソナーアレイを曳航することによって、音響投射器および水中聴音器の両方を有する水平な線状アレイを形成することができる。   In accordance with the present invention, a sonar array has a transmit array and a receive array that form a “wound” single linear array. The transmit array has one or more acoustic projectors that can generate sound, and the receive array has one or more hydrophones that can receive sound. One or more acoustic projectors are disposed on the transmit array axis and one or more hydrophones are disposed on the receive array. The receive array axis and the transmit array axis have a common axis, so that one array for transmission and one array for reception are formed adjacent to each other on a line. In one particular embodiment, at least one of the acoustic projectors can have a slotted cylindrical transducer. In one configuration, the sonar array can be towed to form a horizontal linear array having both an acoustic projector and a hydrophone.

この特定の構成では、音響投射器および水中聴音器は、単一の巻上機から展開し回収することができる。スロット式円筒構成を用いると、各音響投射器が比較的小さく軽くなり、したがって、ソナーアレイの展開、回収に比較的小さい巻上機が利用できる。   In this particular configuration, the acoustic projector and hydrophone can be deployed and retrieved from a single hoist. With a slotted cylindrical configuration, each acoustic projector is relatively small and light, so a relatively small hoist can be used to deploy and retrieve the sonar array.

本発明の別の態様に従えば、水中の物体を探知する方法は、単一の巻上機からソナーアレイを展開するステップを含み、ソナーアレイは送信アレイおよび受信アレイの両方を有する。送信アレイは、音を発生することができる１つまたは複数の音響投射器を有し、受信アレイは、音を受信することができる１つまたは複数の水中聴音器を有し、その全てが共通軸上に配置されている。この方法はまた、単一の巻上機でソナーアレイを回収するステップも含む。展開および回収は、艦船船体貫通部を介して行うこともでき、また、艦船の舷縁越えに行うこともできる。   In accordance with another aspect of the invention, a method for detecting an underwater object includes deploying a sonar array from a single hoist, the sonar array having both a transmit array and a receive array. The transmit array has one or more acoustic projectors that can generate sound, and the receive array has one or more hydrophones that can receive sound, all of which are common It is arranged on the axis. The method also includes retrieving the sonar array with a single hoist. Deployment and recovery can be done through the ship hull penetration, or over the edge of the ship.

この特定の構成では、この方法により、単一の巻上機からソナーシステムを展開、回収することが可能になる。単一の艦船船体貫通部を用いて、展開および回収を密かに行うことができる。   In this particular configuration, this method allows the sonar system to be deployed and retrieved from a single hoist. Deployment and recovery can be done secretly using a single ship hull penetration.

上記の本発明の特徴、ならびに本発明自体は、以下の詳細な図面の説明から、より十分に理解することができる。   The above features of the present invention, as well as the present invention itself, can be more fully understood from the following detailed description of the drawings.

図１を参照すると、本発明によるソナーアレイ・システム１０は、１つまたは複数の水中聴音器１４ａ〜１４Ｘを有する受信アレイ１４を備える。１つまたは複数の水中聴音器１４ａ〜１４Ｘは、１つの受信アレイ軸に沿って配置され、一列の受信アレイを形成する。   Referring to FIG. 1, a sonar array system 10 according to the present invention includes a receive array 14 having one or more hydrophones 14a-14X. One or more hydrophones 14a-14X are arranged along one receive array axis to form a single receive array.

ソナーアレイ・システム１０はまた、分離ケーブル１３で受信アレイ１４に結合された送信アレイ１２を備える。送信アレイ１２は、１つまたは複数の音響投射器１２ａ〜１２Ｎを備える。１つまたは複数の音響投射器１２ａ〜１２Ｎは、送信アレイ軸に沿って配置されて一列の送信アレイを形成する。受信アレイ軸と送信アレイ軸は共通の軸に沿って配置され、したがって、音響投射器１２ａ〜１２Ｎおよび水中聴音器１４ａ〜１４Ｘ両方を有するひと繋がりの隣接する送受信アレイ１５を形成する。   The sonar array system 10 also includes a transmit array 12 coupled to a receive array 14 with a separation cable 13. The transmission array 12 includes one or more acoustic projectors 12a-12N. One or more acoustic projectors 12a-12N are arranged along the transmit array axis to form a row of transmit arrays. The receive array axis and the transmit array axis are arranged along a common axis, thus forming a pair of adjacent transmit and receive arrays 15 having both acoustic projectors 12a-12N and hydrophones 14a-14X.

曳航ケーブル１６は、送受信アレイ１５を艦船１８に結合する。曳航ケーブル１６は、艦船１８と受信アレイ１４との間に機械的結合を形成する。曳航ケーブルはまた、艦船１８と受信アレイ１４との間に電気的接続を形成し、その一部は受信アレイ１４を通過して送信アレイ１２に達する。電気的接続は、電線接続、または光ファイバ接続、あるいはその両方の組み合わせであり得る。   Towing cable 16 couples transmit / receive array 15 to ship 18. The towing cable 16 forms a mechanical connection between the ship 18 and the receiving array 14. The towing cable also forms an electrical connection between the ship 18 and the receiving array 14, a portion of which passes through the receiving array 14 and reaches the transmitting array 12. The electrical connection can be a wire connection, a fiber optic connection, or a combination of both.

作動中、艦船１８によって十分な速度で水中を曳航されるとき、送受信アレイ１５は、それに働く流体力学的な力によってほぼ水平な向きを維持する。艦船１８が回頭するにつれて、送受信アレイ１５は、送信アレイ１２と受信アレイ１４とに共通な軸を維持しながら、回頭する艦船に従って水平に曲線を描き得ることが理解されるべきである。   In operation, when towed underwater at a sufficient speed by the ship 18, the transmit / receive array 15 maintains a substantially horizontal orientation due to the hydrodynamic forces acting on it. It should be understood that as the ship 18 turns, the transmit / receive array 15 can curve horizontally according to the turning ship while maintaining a common axis for the transmit array 12 and the receive array 14.

送受信アレイ１５の組み合わせをより水平に近く保つような流体力学的力をさらに発生させるために、ドローグ索１１を送信アレイ１２に結合することができる。ドローグ索１１は、水中を艦船１８によって曳航されると、さらに抗力を発生する。   The drag cable 11 can be coupled to the transmit array 12 to further generate hydrodynamic forces that keep the transmit / receive array 15 combination more nearly horizontal. The drag rope 11 further generates drag when being towed underwater by the ship 18.

音響投射器１２ａ〜１２Ｎのそれぞれは、ある音響投射器のビームパターンを発生する。各音響投射器のビームパターンは実質的に全方向性であり得、各音響投射器は特定の周波数、たとえば３００Ｈｚ〜４ｋＨｚの範囲の周波数の音を発生することができる。音響投射器１２ａ〜１２Ｎの全てが同一の周波数および同一のビームパターンを有する音を投射することができる。しかし、別の実施形態では、音響投射器１２ａ〜１２Ｎのうち選択されたものが、３００Ｈｚより低い、または４ｋＨｚより高い周波数を有する音を投射する。また、音響投射器１２ａ〜１２Ｎのうち選択されたものが、異なるビームパターンを有することができる。さらに別の実施形態では、音響投射器１２ａ〜１２Ｎのうち選択されたものが、複数の周波数で、たとえば、ある周波数帯の音を投射することができる。   Each of the acoustic projectors 12a to 12N generates a beam pattern of a certain acoustic projector. The beam pattern of each acoustic projector can be substantially omnidirectional, and each acoustic projector can generate sound at a particular frequency, for example, in the range of 300 Hz to 4 kHz. All of the acoustic projectors 12a to 12N can project sounds having the same frequency and the same beam pattern. However, in another embodiment, a selected one of the acoustic projectors 12a-12N projects a sound having a frequency lower than 300 Hz or higher than 4 kHz. Also, selected ones of the acoustic projectors 12a to 12N can have different beam patterns. In still another embodiment, a selected one of the acoustic projectors 12a to 12N can project a sound in a certain frequency band, for example, at a plurality of frequencies.

同様に、水中聴音器１４ａ〜１４Ｘのそれぞれが、ある水中聴音器のビームパターンで音を受信する。各水中聴音器のビームパターンは実質的に全方向性であり、各水中聴音器１４ａ〜１４Ｘは、特定の周波数帯、たとえば３００Ｈｚ〜４ｋＨｚの周波数帯全域で音を受信することができる。水中聴音器１４ａ〜１４Ｘの全てが、同一の周波数帯内の音を受信することができ、同一のビームパターンを有することができる。しかし、別の実施形態では、水中聴音器１４ａ〜１４Ｘのうち選択されたものは、その他のものとは異なる周波数帯内の音を受信し、かつ／または水中聴音器１４ａ〜１４Ｘのうちの当該その他のものとは異なるビームパターンを有することができる。また、別の実施形態では、水中聴音器１４ａ〜１４Ｘのうちの選択されたものは、３００Ｈｚ以下に、または４ｋＨｚより上に延びる周波数帯の音を受信することができる。   Similarly, each of the hydrophones 14a-14X receives sound in the beam pattern of a certain hydrophone. The beam pattern of each hydrophone is substantially omnidirectional, and each hydrophone 14a-14X can receive sound in a specific frequency band, for example, the entire frequency band of 300 Hz to 4 kHz. All of the hydrophones 14a to 14X can receive sounds in the same frequency band and have the same beam pattern. However, in another embodiment, the selected one of the hydrophones 14a-14X receives sound in a different frequency band from the others and / or the corresponding one of the hydrophones 14a-14X. It can have a different beam pattern than others. In another embodiment, a selected one of the hydrophones 14a-14X can receive sound in a frequency band that extends below 300 Hz or above 4 kHz.

特定の一実施形態では、送受信アレイ１５は、音響投射器１２ａ〜１２Ｎを例とする、それぞれ中心から中心へ６０．９６ｃｍ離間する６個の音響投射器、および水中聴音器１４ａ〜１４Ｘを例とする、それぞれ中心から中心へ３０ｃｍ離間する５４個の水中聴音器を有する。特定の一実施形態での曳航ケーブル１６は、長さ５００ｍである。しかし、別の実施形態では、送受信アレイ１５は、６個より多いか、または６個より少ない音響投射器、および５４個より多いか、または５４個より少ない水中聴音器を有することができる。また、別の実施形態では、音響投射器１２ａ〜１２Ｎは、６０．９６ｃｍより広いか、または６０．９６ｃｍより狭い間隔で配置することができる。さらに別の実施形態では、送信アレイ１２は、音響投射器を送受信アレイ１５に追加したり取り外したりできるように、モジュール化されている。   In one particular embodiment, the transmit / receive array 15 is exemplified by six acoustic projectors spaced 60.96 cm from the center to the center, and the hydrophones 14a-14X, for example acoustic projectors 12a-12N. Each having 54 hydrophones spaced 30 cm from center to center. In one particular embodiment, the tow cable 16 is 500 meters long. However, in another embodiment, the transmit / receive array 15 can have more or fewer than six acoustic projectors and more or fewer than 54 hydrophones. In another embodiment, the acoustic projectors 12a-12N can be spaced at an interval greater than 60.96 cm or less than 60.96 cm. In yet another embodiment, the transmit array 12 is modular so that acoustic projectors can be added to and removed from the transmit / receive array 15.

音響投射器のアレイ、たとえば送信アレイ１２内の音響投射器１２ａ〜１２Ｎを、所定方向に向けられたビームパターン（図示せず）を生成するために送信用ビーム形成電子回路（図示せず）と組み合わせて用いることができることは、当業者には理解されよう。そのようなビームパターンはほぼ円錐形で、送信アレイ１２の軸に関して選択した角度に向けることができる。同様に、受信用水中聴音器のアレイ、たとえば受信アレイ１４内の受信水中聴音器１４ａ〜１４Ｘは、方向可変の受信ビームパターン（図示せず）を生成するために、ビーム形成電子回路（図示せず）と組み合わせて用いることができることが理解されるべきである。送信ビームパターンと同様に、受信ビームパターンもまた、ほぼ円錐形で、受信アレイ１４の軸に関して選択した角度に向けることができる。したがって、送信アレイ１２のビームパターンを、受信アレイ１４のビームパターンと同じ方向に向けることができる。この特定の構成は、ソナーアレイ・システム１０の探知特性を強化するのに用いることができる。しかし、別の実施形態では、送信ビームパターンおよび受信ビームパターンのどちらも、向きを変えることなく、１つまたは複数の固定角度で形成することができる。   An array of acoustic projectors, e.g., acoustic projectors 12a-12N in the transmit array 12, with beam forming electronics for transmission (not shown) to generate a beam pattern (not shown) directed in a predetermined direction. Those skilled in the art will appreciate that they can be used in combination. Such a beam pattern is generally conical and can be oriented at a selected angle with respect to the axis of the transmit array 12. Similarly, an array of receiving hydrophones, e.g., receiving hydrophones 14a-14X in the receiving array 14, can generate beam forming electronics (not shown) to generate a directionally variable receive beam pattern (not shown). It should be understood that it can be used in combination with Similar to the transmit beam pattern, the receive beam pattern is also generally conical and can be oriented at a selected angle with respect to the axis of the receive array 14. Therefore, the beam pattern of the transmission array 12 can be directed in the same direction as the beam pattern of the reception array 14. This particular configuration can be used to enhance the detection characteristics of the sonar array system 10. However, in another embodiment, both the transmit beam pattern and the receive beam pattern can be formed at one or more fixed angles without changing orientation.

送信アレイ１２は、艦船１８に対して受信アレイ１４の後ろに位置しているように図示されているが、別の実施形態では、それに代わって、受信アレイ１４を送信アレイ１２の後ろに配置することができる。別の実施形態では、音響投射器１２ａ〜１２Ｎおよび受信水中聴音器１４ａ〜１４Ｘは、それらが、単一列のアレイ上にいかなる組み合わせにでも混ざり合うように、互いに散在させることができる。   Although the transmit array 12 is shown as being located behind the receive array 14 with respect to the ship 18, in another embodiment, the receive array 14 is instead placed behind the transmit array 12. be able to. In another embodiment, the acoustic projectors 12a-12N and the receiving hydrophones 14a-14X can be interspersed so that they mix together in any combination on a single row array.

艦船１８によって水中を十分な速度で曳航されるとき、送受信アレイ１５は、ほぼ水平に向いている。部分的には艦船１８が送受信アレイ１５を水中を曳航するとき生じる流体力学的抵抗によって、送受信アレイ１５は実質的に水平な向きにあるところが図示されているが、別の構成では、送受信アレイ１５は、水平以外の向きを取り得る。たとえば、ソナーアレイ・システム１０が艦船１８によって、低めの速度で曳航され、または曳航されていない場合、送受信アレイ１５は、垂直も含み、水平以外の向きを取り得る。別の実施形態では、送受信アレイ１５は艦船に結合されていない。たとえば、別の実施形態では、送受信アレイ１５はブイに結合されている。   When towed underwater at a sufficient speed by the ship 18, the transmit / receive array 15 is oriented substantially horizontally. In part, the transmit / receive array 15 is shown in a substantially horizontal orientation due to the hydrodynamic resistance generated when the ship 18 tows the transmit / receive array 15 underwater. Can take orientations other than horizontal. For example, if the sonar array system 10 is towed at a lower speed by the ship 18 or is not towed, the transmit / receive array 15 may include orientations other than horizontal, including vertical. In another embodiment, the transmit / receive array 15 is not coupled to a ship. For example, in another embodiment, the transmit / receive array 15 is coupled to a buoy.

次に図２を参照すると、図２中で図１と類似の要素は同様な参照符号で示されているが、ソナーアレイ１０は、艦船１８によって展開し回収することができる。特に、単一の巻上機１０２によって、送受信アレイ１５を有するソナーアレイ・システム１０を展開、回収することができる。   Referring now to FIG. 2, elements similar to FIG. 1 are indicated with similar reference numerals in FIG. 2, but the sonar array 10 can be deployed and retrieved by the ship 18. In particular, the sonar array system 10 having the transmission / reception array 15 can be deployed and collected by a single hoist 102.

ソナーアレイ・システム１０は、単一の船体貫通部１０４を通して展開、回収することができる。したがって、ソナーアレイ・システム１０は、艦船１８に乗り込んでいる者以外にはその展開、回収が見えないように、密かに展開、回収することができる。   The sonar array system 10 can be deployed and retrieved through a single hull penetration 104. Accordingly, the sonar array system 10 can be secretly deployed and recovered so that only those who are on board the ship 18 can see the expansion and recovery.

本発明では、様々な大きさの巻上機１０２を用いることができる。特定の一実施形態では、巻上機１０２は、直径Ｄが５０ｃｍより小さいか又はそれと等しい寸法のドラムハブ１０２ａを備えることができる。別の実施形態では、ドラムハブ１０２ａは３８ｃｍより小さいか又はそれと等しい寸法の直径を有することができる。当業者は、これらが比較的小さな巻上機であると認識するであろう。しかし、別の実施形態では、ドラムハブの直径がより大きい巻上機を用いることができる。ドラムハブの最小直径は、音響投射器１２ａ〜１２Ｎそれぞれの直径および長さを含み、しかしそれだけに限定されない複数の因子に基づいて選定される。音響投射器１２ａ〜１２Ｎは、図３に関連してより詳細に説明される。   In the present invention, hoisting machines 102 of various sizes can be used. In one particular embodiment, the hoist 102 can include a drum hub 102a having a diameter D that is less than or equal to 50 cm. In another embodiment, the drum hub 102a can have a diameter that is less than or equal to 38 cm. Those skilled in the art will recognize that these are relatively small hoists. However, in another embodiment, a hoist with a larger drum hub diameter can be used. The minimum diameter of the drum hub is selected based on a plurality of factors including, but not limited to, the diameter and length of each of the acoustic projectors 12a-12N. The acoustic projectors 12a-12N are described in more detail in connection with FIG.

本発明ではまた、様々な大きさの船体貫通部１０４を用いることができる。特定の一実施形態では、船体貫通部１０４は、２０ｃｍより小さいか又はそれと等しい寸法の断面直径ｄを有することができる。別の実施形態では、船体貫通部１０４は、１５．２４ｃｍより小さいか又はそれと等しい寸法の断面直径ｄを有することができる。当業者は、水上艦船から展開されるソナーシステムとしてはこれらが比較的小さな直径の船体貫通部であると認識するであろう。しかし、別の実施形態では、より大きい、またはより小さい断面直径を有する船体貫通部を用いることができる。船体貫通部の最小直径は、音響投射器１２ａ〜１２Ｎそれぞれの直径を含み、しかしそれだけに限定されない複数の因子に基づいて選定される。   In the present invention, various sizes of the hull penetration 104 can be used. In one particular embodiment, the hull penetration 104 may have a cross-sectional diameter d that is less than or equal to 20 cm. In another embodiment, the hull penetration 104 may have a cross-sectional diameter d that is less than or equal to 15.24 cm. Those skilled in the art will recognize that these sonar systems deployed from surface ships are relatively small diameter hull penetrations. However, in other embodiments, a hull penetration with a larger or smaller cross-sectional diameter can be used. The minimum diameter of the hull penetration is selected based on several factors including, but not limited to, the diameter of each of the acoustic projectors 12a-12N.

次に図３を参照すると、図１および図２と類似する要素には同様な参照符号を付してあるが、送受信アレイ１５（図１）の一部分１５０は、音響投射器１２Ｎも含めて１つまたは複数の音響投射器１２ａ〜１２Ｎ（図１）を有する送信アレイ１２を備える。送信アレイケーブル部１５１は、音響投射器１２Ｎを音響投射器１２ｂ（図１）に結合する。音響投射器１２Ｎをこの種音響投射器の代表例とすると、音響投射器１２Ｎは、送信アレイケーブル部１５１に結合するための後部接続プラグ１５４を備える。音響投射器１２Ｎは後端蓋１５６を有し、後端蓋１５６はＯリングまたは類似品で投射器筐体１５８を閉止している。投射器筐体１５８は円筒形であり得る。前端蓋１６２もまた、Ｏリングまたは類似品で投射器筐体１５８を閉止し、前部接続プラグ１６６が音響投射器１２Ｎを分離ケーブル１３に結合している。したがって、音響投射器１２Ｎは密封されて、水密隔室１６０を形成する。水密隔室１６０は、ある実施形態では気体を充填することもできるし、別の実施形態では音響伝導性液体、たとえばひまし油を充填することもできる。音響投射変換器１６４は、本明細書では単に変換機１６４とも呼ばれるが、水密隔室１６０内に配置され得る。変換機１６４は、ワイヤ１６８で分離ケーブル１３に結合され、ワイヤ１６８は分離ケーブル１３を貫通する。   Referring now to FIG. 3, elements similar to those in FIGS. 1 and 2 are labeled with the same reference numerals, but a portion 150 of the transmit / receive array 15 (FIG. 1) includes 1 as well as the acoustic projector 12N. A transmit array 12 having one or more acoustic projectors 12a-12N (FIG. 1) is provided. The transmission array cable unit 151 couples the acoustic projector 12N to the acoustic projector 12b (FIG. 1). When the acoustic projector 12N is a typical example of this type of acoustic projector, the acoustic projector 12N includes a rear connection plug 154 for coupling to the transmission array cable unit 151. The acoustic projector 12N has a rear end cover 156, and the rear end cover 156 closes the projector housing 158 with an O-ring or the like. The projector housing 158 can be cylindrical. The front end lid 162 also closes the projector housing 158 with an O-ring or the like, and a front connection plug 166 couples the acoustic projector 12N to the separation cable 13. Accordingly, the acoustic projector 12N is sealed to form a watertight compartment 160. The watertight compartment 160 may be filled with a gas in one embodiment, or may be filled with an acoustically conductive liquid, such as castor oil, in another embodiment. The acoustic projection transducer 164, also referred to herein simply as the transducer 164, can be disposed within the watertight compartment 160. The converter 164 is coupled to the separation cable 13 by a wire 168, and the wire 168 passes through the separation cable 13.

音響投射器１２Ｎは、送信アレイ１２を受信アレイ１４に結合する分離ケーブル１３に結合されている。分離ケーブル１３は、防水コネクタ１７０によって受信アレイ１４に結合されている。   The acoustic projector 12N is coupled to a separation cable 13 that couples the transmit array 12 to the receive array 14. The separation cable 13 is coupled to the reception array 14 by a waterproof connector 170.

受信アレイ１４（図１）は、水中聴音器１４ａを含む１つまたは複数の水中聴音器１４ａ〜１４Ｘ（図１）を有する。特定の一実施形態では、受信アレイは、１つまたは複数の水中聴音器１４ａ〜１４Ｘ（図１）がその中に配設されたチューブ１７２で構成される。チューブ１７２は液体、たとえばひまし油を充填してもよい。   The receive array 14 (FIG. 1) has one or more hydrophones 14a-14X (FIG. 1) including a hydrophone 14a. In one particular embodiment, the receive array is comprised of tubes 172 having one or more hydrophones 14a-14X (FIG. 1) disposed therein. Tube 172 may be filled with a liquid, such as castor oil.

送信アレイケーブル１５１、分離ケーブル１３、および受信アレイ１４は、送信信号を音響投射器１２ａ〜１２Ｎ（図１）に伝達し、受信信号を水中聴音器１４ａ〜１４Ｘ（図１）から伝達する光ファイバカップリングを有し得る。別の実施形態では、送信アレイケーブル１５１、分離ケーブル１３、および受信アレイ１４は、電線導体を有する。別の実施形態では、送信アレイケーブル１５１、分離ケーブル１３、および受信アレイ１４は、電線導体および光ファイバ両方を有する。   The transmission array cable 151, the separation cable 13, and the reception array 14 transmit optical signals to the acoustic projectors 12a to 12N (FIG. 1) and transmit optical signals from the hydrophones 14a to 14X (FIG. 1). Can have a coupling. In another embodiment, the transmit array cable 151, the separation cable 13, and the receive array 14 have wire conductors. In another embodiment, the transmit array cable 151, the separation cable 13, and the receive array 14 have both wire conductors and optical fibers.

変換器１６４は、スロット式円筒形変換器１６４であり得、１メートルの距離で１マイクロパスカルに対して少なくとも２０５デシベル（本明細書ではｄＢ ｒｅ １μＰａ ａｔ １ｍとも書く）の音圧レベルを有する音を音響投射器１２Ｎから発生するように適合されている。しかし、当業者に公知の他のタイプの変換器１６４を使用することもでき、本発明はスロット式円筒形変換器のみに限定されないことは理解されるべきである。さらに、音響投射器１２Ｎは、２０５ｄＢ ｒｅ １μＰ ａｔ １ｍより大きい、または小さい音圧レベルを有する音を発生することができる。特定の一実施形態では、音響投射器１２Ｎは、本質的に全方向性形状を有する音響ビームパターンを発生する。しかし、別の実施形態では、音響投射器１２Ｎは、指向性のあるビームパターンを有することができる。   The transducer 164 may be a slotted cylindrical transducer 164, a sound having a sound pressure level of at least 205 decibels (also referred to herein as dB re 1 μPa at 1 m) at a distance of 1 meter per micropascal. Is adapted to be generated from the acoustic projector 12N. However, it should be understood that other types of transducers 164 known to those skilled in the art can be used and the present invention is not limited to slotted cylindrical transducers only. Furthermore, the acoustic projector 12N can generate sound having a sound pressure level greater than or less than 205 dB re 1 μP at 1 m. In one particular embodiment, the acoustic projector 12N generates an acoustic beam pattern having an essentially omnidirectional shape. However, in another embodiment, the acoustic projector 12N can have a directional beam pattern.

図２の送受信アレイ１５を、上記の小さなハブ直径（Ｄ、図２）を有する単一の巻上機（１０２、図２）から展開し、回収できることが望まれるので、音響投射器、たとえば音響投射器１２Ｎは、直径、長さ共に小さいことが望ましい。   Since it is desired that the transmit / receive array 15 of FIG. 2 can be deployed and retrieved from a single hoist (102, FIG. 2) having the small hub diameter (D, FIG. 2) described above, an acoustic projector, such as an acoustic projector It is desirable that the projector 12N has a small diameter and length.

特定の一実施形態では、音響投射器は直径１５．２４ｃｍ、長さ３８ｃｍであり、変換器１６４は直径１０ｃｍ、長さ２０ｃｍのスロット式円筒形変換器である。この特定の構成では、音響投射器１２Ｎは、上記のように比較的小さな直径Ｄ（図２）を有する巻上機（１０２、図２）から展開、回収することができる小さな音響投射器寸法を維持しながら、少なくとも２０５ｄＢ ｒｅ １μＰａ ａｔ １ｍの音圧レベルの音を発生する。しかし、別の実施形態では、音響投射器は、１５．２４ｃｍより大きいか、または小さい直径、および、３８ｃｍより長いか、または短い長さを有することができる。また、変換器は、１０ｃｍより大きいか、または小さい直径、および、２０ｃｍより長いか、または短い長さを有することができる。   In one particular embodiment, the acoustic projector is 15.24 cm in diameter and 38 cm in length, and the transducer 164 is a 10 cm diameter and 20 cm long slotted cylindrical transducer. In this particular configuration, the acoustic projector 12N has a small acoustic projector size that can be deployed and retrieved from a hoist (102, FIG. 2) having a relatively small diameter D (FIG. 2) as described above. While maintaining, a sound with a sound pressure level of at least 205 dB re 1 μPa at 1 m is generated. However, in other embodiments, the acoustic projector can have a diameter greater than or less than 15.24 cm and a length greater or less than 38 cm. The transducer can also have a diameter greater than or less than 10 cm and a length greater than or less than 20 cm.

特定の一実施形態では、変換器１６４は周波数３ＫＨｚの音を発生する。しかし、別の実施形態では、変換器１６４は、３ＫＨｚより高いか、または低い周波数の音を発生するように適合させることができる。   In one particular embodiment, the transducer 164 generates sound with a frequency of 3 KHz. However, in another embodiment, the converter 164 can be adapted to generate sound at frequencies above or below 3 KHz.

水中聴音器、たとえば受信アレイ１４（図１）に含まれている水中聴音器１４ａは、音響投射器、たとえば送信アレイ１２（図１）に含まれている音響投射器１２Ｎより小さくなり得ることは理解されよう。したがって、受信アレイ１４は、音響投射器１２Ｎより小さい直径を有することができる。特定の一実施形態では、受信アレイ１４の最大直径が、音響投射器１２Ｎの最大直径とほぼ同じである。別の特定の実施形態では、受信アレイ１４の最大直径が、音響投射器１２Ｎの最大直径のほぼ１／２である。さらに別の実施形態では、受信アレイ１４の最大直径は、別の比率で音響投射器１２Ｎの最大直径より小さい。   It is possible that the hydrophone, eg, the hydrophone 14a included in the receiving array 14 (FIG. 1), can be smaller than the acoustic projector 12N included in the acoustic projector, eg, the transmitting array 12 (FIG. 1). It will be understood. Thus, the receiving array 14 can have a smaller diameter than the acoustic projector 12N. In one particular embodiment, the maximum diameter of receive array 14 is approximately the same as the maximum diameter of acoustic projector 12N. In another particular embodiment, the maximum diameter of receive array 14 is approximately one half of the maximum diameter of acoustic projector 12N. In yet another embodiment, the maximum diameter of the receive array 14 is smaller than the maximum diameter of the acoustic projector 12N by another ratio.

音響投射器１２Ｎは、密封空洞１６０内に変換器１６４を有するように図示し説明されているが、本発明では、音響投射器が他の構成を有することも可能である。たとえば、別の実施形態では、音響投射器１２Ｎは、変換器１６４を、注封式または鋳込み式の防水体内に備える。また、受信アレイ１４がチューブ１７２を含んでいるように図示し説明されているが、別の実施形態では、１つまたは複数の水中聴音器が、水中聴音器１４ａがその一例であるが、耐水性を持つように別々に注封され、または鋳込まれ、チューブ１７２無しで一体に結合されている。   While the acoustic projector 12N is shown and described as having a transducer 164 in the sealed cavity 160, the acoustic projector may have other configurations in the present invention. For example, in another embodiment, the acoustic projector 12N includes a transducer 164 in a potted or cast waterproof body. Also, although the receive array 14 is shown and described as including a tube 172, in another embodiment, one or more hydrophones are an example, while the hydrophone 14a is an example. They are potted or cast separately so as to have the same properties and joined together without the tube 172.

本明細書に引用された参照文献は全て、ここに参照によって完全に本明細書に組み込まれる。
本発明の好ましい実施形態を説明してきたが、それらの理念を組み込んだ別の実施形態が利用できることは、今や当業者にとって明らかであろう。したがって、これら実施形態は開示された実施形態に限定されるべきはなく、添付の特許請求の範囲の精神および範囲によってのみ限定されるべきであると思われる。 All references cited herein are hereby fully incorporated by reference herein.
Having described preferred embodiments of the invention, it will now be apparent to one of ordinary skill in the art that other embodiments incorporating their principles may be utilized. Accordingly, these embodiments should not be limited to the disclosed embodiments, but should be limited only by the spirit and scope of the appended claims.

本発明によるソナーアレイ・システムの概略図である。1 is a schematic diagram of a sonar array system according to the present invention. 展開および回収装置を示す、ソナーアレイ・システムの概略図である。1 is a schematic diagram of a sonar array system showing a deployment and collection device. 図１および図２のソナーアレイ・システムの一部分を示す概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a portion of the sonar array system of FIGS. 1 and 2.

Claims (29)

１つまたは複数の音響投射器を有する送信アレイであって、前記１つまたは複数の音響投射器が送信アレイ軸に沿って配置された送信アレイと、
前記送信アレイに結合された受信アレイであって、受信アレイ軸に沿って配置された１つまたは複数の水中聴音器を有し、前記受信アレイ軸と前記送信アレイ軸が共通の軸を有する受信アレイと
を備える、ソナーアレイ。 A transmission array having one or more acoustic projectors, wherein the one or more acoustic projectors are arranged along a transmission array axis;
A receive array coupled to the transmit array, the receive array having one or more hydrophones disposed along a receive array axis, wherein the receive array axis and the transmit array axis have a common axis A sonar array comprising the array. 前記送信アレイ軸および前記受信アレイ軸が実質的に水平である、請求項１に記載のソナーアレイ。   The sonar array of claim 1, wherein the transmit array axis and the receive array axis are substantially horizontal. 前記受信アレイおよび前記送信アレイが、艦船に結合された単一の巻上げ装置から展開され、回収されるように構成された、請求項１に記載のソナーアレイ。   The sonar array of claim 1, wherein the receive array and the transmit array are configured to be deployed and retrieved from a single hoisting device coupled to a ship. 前記単一の巻上げ装置のドラムハブ直径が、５０ｃｍより小さいか又はそれと等しい寸法である、請求項３に記載のソナーアレイ。   The sonar array of claim 3, wherein the drum hub diameter of the single hoist is less than or equal to 50 cm. 前記単一の巻上げ装置のドラムハブ直径が、３８ｃｍより小さいか又はそれと等しい寸法である、請求項３に記載のソナーアレイ。   4. A sonar array according to claim 3, wherein the drum hub diameter of the single hoist is less than or equal to 38 cm. 前記受信アレイおよび前記送信アレイが、単一の船体貫通部を通って展開され、回収されるように構成された、請求項１に記載のソナーアレイ。   The sonar array of claim 1, wherein the receive array and the transmit array are configured to be deployed and retrieved through a single hull penetration. 前記単一の船体貫通部の最小直径が、２０ｃｍより小さいか又はそれと等しい寸法である、請求項６に記載のソナーアレイ。   The sonar array according to claim 6, wherein the minimum diameter of the single hull penetration is less than or equal to 20 cm. 前記単一の船体貫通部の最小直径が、１５．２４ｃｍより小さいか又はそれと等しい寸法である、請求項６に記載のソナーアレイ。   The sonar array of claim 6, wherein the minimum diameter of the single hull penetration is less than or equal to 15.24 cm. 前記受信アレイおよび前記送信アレイが、船体の舷縁を越えて展開され、回収されるように構成された、請求項１に記載のソナーアレイ。   The sonar array of claim 1, wherein the receive array and the transmit array are configured to be deployed and retrieved beyond a hull ridge. 前記１つまたは複数の音響投射器の少なくとも１つは、音圧レベルが少なくとも１メートルの距離で１マイクロパスカルに対して２０５デシベルで、送信ビームパターンが本質的に全方向性の音を発生するようにされた、請求項１に記載のソナーアレイ。   At least one of the one or more acoustic projectors has a sound pressure level of 205 decibels per micropascal at a distance of at least 1 meter and the transmit beam pattern produces an essentially omnidirectional sound. The sonar array of claim 1, wherein 前記１つまたは複数の音響投射器の少なくとも１つが、スロット式円筒形変換器を有する、請求項１に記載のソナーアレイ。   The sonar array of claim 1, wherein at least one of the one or more acoustic projectors comprises a slotted cylindrical transducer. 前記送信アレイの最大直径が、２０．３２ｃｍより小さいか又はそれと等しい寸法である、請求項１に記載のソナーアレイ。   The sonar array of claim 1, wherein the maximum diameter of the transmit array is less than or equal to 20.32 cm. 前記受信アレイの直径が、前記送信アレイの最大直径より小さいか又はそれと等しい大きさである、請求項１２に記載のソナーアレイ。   The sonar array of claim 12, wherein the diameter of the receive array is less than or equal to the maximum diameter of the transmit array. 前記受信アレイの直径が、前記送信アレイの最大直径の１／２より小さいか又はそれと等しい大きさである、請求項１２に記載のソナーアレイ。   The sonar array of claim 12, wherein the diameter of the receive array is less than or equal to one half of the maximum diameter of the transmit array. 前記送信アレイの最大直径が、１５．２４ｃｍより小さいか又はそれと等しい寸法である、請求項１に記載のソナーアレイ。   The sonar array of claim 1, wherein the maximum diameter of the transmit array is less than or equal to 15.24 cm. 前記受信アレイの直径が、前記送信アレイの最大直径より小さいか又はそれと等しい大きさである、請求項１５に記載のソナーアレイ。   16. A sonar array according to claim 15, wherein the diameter of the receiving array is less than or equal to the maximum diameter of the transmitting array. 前記受信アレイの直径が、前記送信アレイの最大直径の１／２より小さいか又はそれと等しい大きさである、請求項１５に記載のソナーアレイ。   16. A sonar array according to claim 15, wherein the diameter of the receiving array is less than or equal to ½ of the maximum diameter of the transmitting array. 前記１つまたは複数の音響投射器がモジュール化されており、その結果、音響投射器を前記送信アレイに追加し、または逆に取り外すことにより伸縮可能な送信アレイを形成する、請求項１に記載のソナーアレイ。   2. The one or more acoustic projectors are modularized so that a telescopic transmission array is formed by adding or removing acoustic projectors from the transmission array. Sonar array. 前記送信アレイが、音響投射器の数に比例する音圧レベルを有する、請求項１８に記載のソナーアレイ。   The sonar array of claim 18, wherein the transmit array has a sound pressure level proportional to the number of acoustic projectors. 前記送信アレイが、周波数範囲３００Ｈｚ〜４ｋＨｚの音を送信するように構成された、請求項１に記載のソナーアレイ。   The sonar array of claim 1, wherein the transmit array is configured to transmit sound in a frequency range of 300 Hz to 4 kHz. 前記送信アレイが、少なくとも１つの方向可変の音響送信ビームを形成する、請求項１に記載のソナーアレイ。   The sonar array of claim 1, wherein the transmit array forms at least one directionally variable acoustic transmit beam. 前記受信アレイが、少なくとも１つの方向可変の音響受信ビームを形成する、請求項１に記載のソナーアレイ。   The sonar array of claim 1, wherein the receive array forms at least one directionally variable acoustic receive beam. 艦船に結合された単一の巻上げ装置からソナーアレイを展開するステップを含み、前記ソナーアレイは１つまたは複数の音響投射器を有する送信アレイを備え、前記１つまたは複数の音響投射器は送信アレイ軸に沿って配置され、受信アレイが前記送信アレイに結合され、前記受信アレイは受信アレイ軸に沿って配置された１つまたは複数の水中聴音器を有し、前記受信アレイ軸と前記送信アレイ軸は共通な軸を有し、
さらに、前記単一の巻上げ装置でソナーアレイを回収するステップを含む、水中の物体を探知する方法。 Deploying a sonar array from a single hoisting device coupled to a ship, the sonar array comprising a transmit array having one or more acoustic projectors, wherein the one or more acoustic projectors is a transmit array axis A receive array coupled to the transmit array, the receive array having one or more hydrophones positioned along the receive array axis, the receive array axis and the transmit array axis Have a common axis,
A method of detecting an underwater object, further comprising the step of retrieving the sonar array with the single hoisting device. 前記送信アレイ軸および前記受信アレイ軸が実質的に水平である、請求項２３に記載の方法。   24. The method of claim 23, wherein the transmit array axis and the receive array axis are substantially horizontal. 前記単一の巻上げ装置のドラムハブ直径が５０ｃｍより小さいか又はそれと等しい寸法である、請求項２３に記載の方法。   24. The method of claim 23, wherein the drum hub diameter of the single hoist is less than or equal to 50 cm. 前記単一の巻上げ装置のドラムハブ直径が３８ｃｍより小さいか又はそれと等しい寸法である、請求項２３に記載の方法。   24. A method according to claim 23, wherein the drum hub diameter of the single hoist is less than or equal to 38 cm. 前記展開するステップおよび前記回収するステップそれぞれが、
前記ソナーアレイを、最小直径が２０ｃｍより小さいか又はそれと等しい寸法の船体貫通部を通過させるステップを含む、請求項２３に記載の方法。 Each of the expanding step and the recovering step includes
24. The method of claim 23, comprising passing the sonar array through a hull penetration having a minimum diameter less than or equal to 20 cm. 前記展開するステップおよび前記回収するステップそれぞれが、
前記ソナーアレイを、最小直径が１５．２４ｃｍより小さいか又はそれと等しい寸法の船体貫通部を通過させるステップを含む、請求項２３に記載の方法。 Each of the expanding step and the recovering step includes
24. The method of claim 23, comprising passing the sonar array through a hull penetration with a minimum diameter less than or equal to 15.24 cm. 前記展開するステップおよび前記回収するステップそれぞれが、
前記ソナーアレイを、船体の舷縁上を越えさせるステップを含む、請求項２３に記載の方法。 Each of the expanding step and the recovering step includes
24. The method of claim 23, comprising the step of causing the sonar array to cross over a hull edge.
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